Effect of heavy metal speciation on nitrification inhibition

Abstract

Günümüzde, endüstriyel atıksuların ve düzenli depolama sızıntı suyu gibi konsantreatıksuların birçogu agır metaller içermektedir. Agır metallerin varlıgı biyolojik arıtmasistemlerini olumsuz yönde etkilemektedir. Agır metallerin toksik ve inhibitör özellikleri,bakterinin metale maruz kalma süresi, tampon çözeltinin tipi, pH, ligandların tipi vekonsantrasyonu ve aklimasyon gibi birçok parametreye baglıdır. Literatürde, nitrifikasyonsistemlerinde agır metal türlesmesinin öneminin çok az incelendigi görülmektedir. Bununyanısıra, agır metallerin uzun temas süreleri sonucundaki davranısları, bakterilerinaklimasyonu, adaptasyonu, bakteri türlerindeki degisimler çok fazla incelenmemistir. Buçalısmanın amaçlarından biri, kadmiyum ve çinko türlesmesinin nitrifikasyon inhibisyonuüzerindeki tesirlerinin nitrifikasyon bakterileri açısından zenginlestirilmis kesikli reaktörsistemlerinde incelenmesidir. Zenginlestirilmis nitrifikasyon bakterilerinin kadmiyummetaline uzun süreli maruz kalması durumundaki tepkisi sürekli reaktör sistemindeincelenmistir. Kesikli reaktör deneyleri metallerin fiziksel ve kimyasal türlesmesinininhibisyonu çok etkiledigini, bu nedenle agır metallerin biyolojik sistemlerdekiinhibisyonunun degerlendirilmesinde uygulanan metodolojilerin çok dikkatli seçilmesigerektigini göstermistir. Nitrifikasyon bakterilerinin sürekli reaktör sistemlerindekiaktiviteleri mikrobiyel türlerdeki degisimler sonucunda degisebilmektedir. Sürekli reaktördeneyleri, moleküler uygulamaların agır metallerin inhibisyonu çalısmalarına dahiledilmesinin ne kadar gerekli oldugunu göstermistir.

Industrial effluents and high-strength wastewaters such as landfill leachates maycontain significant amounts of heavy metals. The presence of heavy metals causes toxicityin biological treatment systems. The toxic and inhibitory characteristics of heavy metalsdepend on several factors such as exposure time, type of buffer, pH, type and concentrationof ligands and acclimation. Therefore, a quite high variation is seen in the reportedinhibitory range for metals. Surprisingly, very little information exists on the importance ofheavy metal speciation in nitrification inhibition studies. Furthermore, the behaviour ofheavy metals under prolonged exposure times, acclimation, adaptation, shifts and changesin bacterial community have not been examined yet. The aim of this study was toinvestigate the influence of Cd and Zn speciation on nitrification inhibition in batchsystems enriched in terms of nitrifiers and to investigate the response of nitrifying biomassto prolonged Cd exposure in a continuous-flow system. These experiments showed thatthe measurement methodologies applied in assessing heavy metal inhibition should becarefully selected since physical and chemical speciation highly affects inhibition. Theactivity of nitrifying bacteria in continuous-flow systems could change as a result of shiftsin microbial community. It also showed the necessity of incorporation of molecular toolsinto heavy metal inhibition studies.